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WO2013030331A2 - Ventilvorrichtung, insbesondere für eine kältemaschine - Google Patents

Ventilvorrichtung, insbesondere für eine kältemaschine Download PDF

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WO2013030331A2
WO2013030331A2 PCT/EP2012/066953 EP2012066953W WO2013030331A2 WO 2013030331 A2 WO2013030331 A2 WO 2013030331A2 EP 2012066953 W EP2012066953 W EP 2012066953W WO 2013030331 A2 WO2013030331 A2 WO 2013030331A2
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WO
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valve device
inlet
refrigerant
outlets
outlet
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2012/066953
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English (en)
French (fr)
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WO2013030331A3 (de
Inventor
Stefan BASSMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Priority to RU2014110626A priority patent/RU2610981C2/ru
Priority to CN201280042076.XA priority patent/CN103797316B/zh
Priority to US14/240,156 priority patent/US9410726B2/en
Publication of WO2013030331A2 publication Critical patent/WO2013030331A2/de
Publication of WO2013030331A3 publication Critical patent/WO2013030331A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/072—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with pivoted closure members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2511—Evaporator distribution valves
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86638—Rotary valve
    • Y10T137/86646—Plug type
    • Y10T137/86654—For plural lines

Definitions

  • Valve device in particular for a refrigerating machine
  • the invention relates to a valve device for a refrigerant circulating
  • Refrigeration machine which is provided with at least one condenser and at least one evaporator.
  • the valve device comprises at least one inlet, at which the refrigerant located in the condenser can be fed to the valve device and at least three outlets, by means of which the refrigerant present in the valve device can be diverted into the evaporator.
  • the valve device further comprises a valve element, which is arranged rotatably about an axis and in a plurality of positions can be brought.
  • the first outlet is connected to the inlet in a first position for passage of refrigerant.
  • the second outlet is in a second position for passage of
  • Refrigerant connected to the inlet.
  • the third outlet is connected to the inlet in a third position for the passage of refrigerant. None of the at least three outlets is connected to the inlet in a fourth position.
  • the invention has for its object to provide a valve device, which allows over the valve devices known from the prior art, a more efficient distribution of refrigerant in a refrigerator.
  • valve device according to claim 1 is proposed.
  • Advantageous embodiments of the valve device according to the invention are described in claims 2 to 8.
  • the chiller is in particular part of a refrigeration device. Under a
  • Refrigeration appliance is understood in particular a household refrigeration appliance, ie a refrigeration device that is used to housekeeping in households or possibly in the catering sector, and in particular serves to store food and / or drinks in household quantities at certain temperatures, such as a refrigerator, a freezer, a fridge freezer, a freezer or a wine storage cabinet.
  • a household refrigeration appliance ie a refrigeration device that is used to housekeeping in households or possibly in the catering sector, and in particular serves to store food and / or drinks in household quantities at certain temperatures, such as a refrigerator, a freezer, a fridge freezer, a freezer or a wine storage cabinet.
  • the valve device according to the invention is characterized in particular by the fact that the refrigerant circulated in the chiller can be distributed individually depending on the requirements. By opening two outlets at the same time, instead of setting three different options for adjusting the flow of refrigerant between condenser and evaporator of the chiller, six different settings are possible when the valve device is provided with three outlets. Furthermore, depending on the amount of refrigerant present in the condenser, the amount of refrigerant to be discharged can be varied. This is particularly advantageous when extremely high temperatures, for example above 70 ° C prevail in the condenser. Flow is in this context synonymous with flow.
  • the at least three outlets are arranged equidistant from the axis. This configuration makes it possible for the different outlets to be released or blocked by means of the same regions of the valve element.
  • the at least three outlets are located on a circle with the center of the circle on the axis, and the outlets in
  • Circumferential direction of the circle are arranged equidistantly.
  • This embodiment has the advantage that the positions of the valve element with respect to each of the three outlets can be transferred to other outlets.
  • the three outlets are arranged coplanar.
  • the three outlets are arranged in a plane that is orthogonal to the axis.
  • the valve element comprises a setting wheel which is preferably rotatable about the axis A by means of a gear driven by a stepping motor.
  • a Stepping motor is described, for example, in EP 1 176 346 B1.
  • the valve device preferably has a stop, which prevents the valve element from being able to rotate over its entire circumference.
  • the thumbwheel comprises a plate which is relative to the axis
  • Rotational asymmetry here is synonymous with non-rotationally symmetric. This configuration allows the valve member to be operated over a radian measure of approximately 360 ° without causing any positions offset by 180 ° to have the same configuration of connections between the inlet and one or more outlets.
  • the plate comprises at least two recesses, which connects the inlet with at least one of the at least three outlets for the passage of refrigerant.
  • valve device is characterized by a sixth position and a seventh position, in which in each case at least two of the at least three outlets are connected to the inlet.
  • at least one position is arranged, in which none of the at least three outlets is connected to the inlet.
  • the refrigerant discharge from the condenser can be interrupted quickly.
  • the refrigerating machine according to the invention comprises a valve device according to the invention.
  • the refrigerating machine comprises a condenser, an evaporator, a compressor and at least three throttle devices arranged in parallel, which are each connected to one of the at least three outlets of the valve device and in each case to the evaporator.
  • This configuration makes it possible to regulate the volume flow of the refrigerant passed from the condenser into the evaporator, by a single one of the at least three Throttle devices or at the same time two of the at least three throttle devices are used for the discharge of refrigerant.
  • the chiller may include a condenser, at least three in parallel
  • Valve device and each one of the at least three evaporators are connected comprise.
  • the evaporators are each assigned to different temperature zones of the chiller, so that by means of the valve device also several temperature zones simultaneously through the supply of refrigerant to the respective
  • Evaporators can be cooled down.
  • the supply of refrigerant to an evaporator does not require that the refrigerant supply must be omitted in both at least remaining evaporators.
  • the three throttle devices have different
  • the pressure loss coefficient which can also be referred to as drag coefficient or flow resistance coefficient, is a dimensionless measure of the flow resistance of a body through which a fluid flows. Does the chiller while arranged in parallel evaporator in a consistent number with the number of outlets of the valve device, so can
  • Pressure loss coefficients are selected so that the evaporators are optimally supplied with refrigerant. If a common evaporator is supplied with refrigerant by the throttle devices, then it is particularly advantageous to select the pressure loss coefficients of the respective throttle devices such that the volume flow
  • volume flow of refrigerant of two parallel throttle devices corresponds. Because in this way, for example, the three throttle devices and the three positions at which two throttling devices are also opened in parallel, bring about a total of six different volume flows, otherwise a maximum of five.
  • Valve device comprises the following method steps: Passing refrigerant from the inlet to the first outlet in a first position;
  • Valve device makes use of the advantages of the valve device according to the invention to advantage. Details and further advantages of the invention will become apparent from the preferred embodiments described below.
  • FIG. 1 shows a cross section of a valve device according to the invention
  • FIG. 2a shows a cross-section of the plate of a valve device according to the invention in a first position
  • FIG. 2b shows a cross-section of a plate of a valve device according to the invention in a second position
  • FIG. 2c shows a cross-section of a plate of a valve device according to the invention in a third position
  • FIG. 2 d shows a cross-section of a plate of a valve device according to the invention in a fourth position
  • FIG. 2e shows a cross-section of a plate of a valve device according to the invention in a fifth position
  • FIG. 2f shows a cross-section of a plate of a valve device according to the invention in a fifth position
  • FIG. 2g shows a cross section of a plate of a valve device according to the invention in a fifth position
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a refrigerator according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic view of a refrigerating machine according to the invention according to a second embodiment.
  • Fig. 1 shows a cross section of a valve device 60 according to the invention
  • Valve device 60 includes a gear 68 which is rotatable about an axis B.
  • a valve element 65 is arranged rotatably about an axis A and comprises a setting wheel 66, which engages in the gear 68 and is driven by the gear 68.
  • the valve element 60 further comprises an inlet 61 and three outlets 62, 63, 64.
  • refrigerant can be fed to the valve device 60, which can be discharged again from the valve device 60 by means of the outlets 62, 63, 64.
  • the valve element 65 is
  • valve element 65 is rotated about the axis A.
  • the valve element 65 is prevented from completing a rotation of more than 360 ° by means of a stop (not shown).
  • the Fign. 2a to 2g show a cross section of the plate 69 of the valve element 65 along a plane which is transverse to the axis A, wherein each of the figures, the plate 69 in a different position Si, S 2, S 3, S 4, S 5, S 6 , S 7 reproduces.
  • Fig. 2a shows a cross section of the plate 69 of the valve element 65 along a plane transverse to the axis A in a first position Si.
  • the plate 69 includes a first recess 71 and a second recess 72 through which the refrigerant from the inlet 61 to the outlets 62, 63, 64 can flow.
  • the recesses 71, 72 are rotationally asymmetric with respect to the axis A.
  • the plate 69 is rotationally asymmetric with respect to the axis A.
  • the first recess 71 is arranged opposite the first outlet 62, with which the inlet 61 is connected to the first outlet 62.
  • the refrigerant may thus flow through the valve member 60 by passing from the inlet 61 through the first recess 71 to the first outlet 62.
  • Valve element 65 the outlets 63, 64 blocked by the plate 69 of the valve member 65 so that no refrigerant from the inlet 61 to the outlets 63, 64 can pass.
  • a second position S 2 which is shown in Fig. 2b, the first recess 71 is disposed opposite to the second outlet 63. The outlet 63 is thus directly connected to the inlet 61.
  • the first outlet 62 and the third outlet 64 are blocked by the plate 69 of the valve element 65, so that no refrigerant can pass from the inlet 61 to the outlets 62, 64.
  • a third position S 3 which is shown in Fig. 2C, the first recess 71 is disposed opposite to the third outlet 64, so that refrigerant from the inlet 61 to the outlet 64 can flow.
  • the outlets 62, 63 are blocked by the plate 69, so that a flow of refrigerant from the inlet 61 to the outlets 62, 63 is prevented.
  • FIG. 2 d shows a cross section of the plate 69 of the valve element 65 in a fourth position S 4 .
  • the fourth position S 4 all three outlets 62, 63, 64 are blocked by the plate 69, so that the refrigerant flow from the inlet 61 to each of the outlets 62, 63, 64 is interrupted.
  • the plate 69 of the valve element 65 is arranged in a fifth position S 5 such that the first recess 71 opposite the first outlet 62 and the second recess 72 are opposite to the third outlet 64.
  • both the first outlet 62 and the third outlet 64 connected to the inlet 61, so that the refrigerant from the inlet 61 to the outlets 62, 64 can flow.
  • the second outlet 63 is blocked by the plate 69, so that the flow of refrigerant from the inlet 61 to the second outlet 63 is prevented.
  • the plate 69 of the valve element 65 is arranged in a sixth position S 6 such that the first recess 71 opposite the second outlet 63 and the second recess 72 are opposite to the first outlet 62.
  • both the first outlet 62 and the second outlet 63 are connected to the inlet 61 so that the refrigerant can flow from the inlet 61 to the outlets 62, 63.
  • the third outlet 64 is blocked by the plate 69, so that the flow of refrigerant from the inlet 61 to the third outlet 64 is prevented.
  • the plate 69 of the valve element 65 is arranged in a seventh position S 7 such that the first recess 71 opposite the third outlet 64 and the second recess 72 are opposite to the second outlet 63.
  • both the second outlet 63 and the third outlet 64 are connected to the inlet 61 so that the refrigerant can flow from the inlet 61 to the outlets 63, 64.
  • the first outlet 62 is blocked by the plate 69, so that the flow of refrigerant from the inlet 61 to the first outlet 62 is prevented.
  • FIG 3 shows a refrigerator 100 according to the invention after a first
  • Embodiment The refrigerator 100 to summarizes a condenser 20, a
  • the throttle devices 51, 52, 53 are each with one of the outlets 62, 63, 64 of the valve device 60 on the one hand, and the evaporator 30 on the other connected.
  • a refrigerant is moved by the refrigerator 100 and experiences various successively
  • the initially gaseous refrigerant is compressed by the compressor 40 and passes into the condenser 20.
  • the refrigerant condenses with heat absorption.
  • the refrigerant flows to the valve device 60 according to the invention and is controlled by a throttle device 51, 52, 53 or also passed in parallel through two throttle devices 51, 52, 53 to the evaporator.
  • the evaporator 30 the refrigerant evaporates under heat absorption at a relatively low temperature. Now the circulation of the refrigerant in the
  • the refrigerant thus absorbs a heat output at a low temperature and, subjecting it to technical work, releases it to a higher temperature to the environment.
  • the above-described refrigerator 100 enables the refrigerant, which is supplied from the condenser 20 via the valve device 60 to the evaporator 30, to be regulated in its volume flow.
  • the refrigerator 100 according to the invention comprises three throttle devices 51, 52, 53, which preferably have different pressure loss coefficients. Due to the fact that two of the three outlets 62, 63, 64 of the valve device 60 can be opened, there are also three further valve settings in which in each case two of the three throttle devices 51, 52, 53 are flowed through with refrigerant. Thus, there are three more options different
  • valve device 60 in conjunction with the throttle devices 51, 52, 53 is capable of functioning as a multi-stage throttle device that can take on six different pressure loss coefficients.
  • the valve device 60 in conjunction with the throttle devices 51, 52, 53, the valve device 60 is able to function as a throttle device that can take on six different pressure loss coefficients.
  • the design of the refrigeration machine 100 according to the invention thus makes it possible to conduct the refrigerant at different rates from the condenser 20 into the evaporator 30.
  • 4 shows a refrigerating machine 200 according to the invention after a second
  • the refrigerator 200 includes a condenser 20, three
  • Valve device 60 whose outlets 62, 63, 64 are each connected to one of the evaporators 31, 32, 33.
  • the outlets 62, 63, 64 are connected to the evaporators 31, 32, 33 via the throttling devices 54, 55, 56.
  • the fact that the throttle devices 54, 55, 56 can differ in their pressure loss coefficients, the volume flow can be adapted to the needs of the refrigeration of the evaporator 31, 32, 33.
  • the evaporators 31, 32, 33 of the refrigerator 200 according to the invention can
  • one of the evaporators 31, 32, 33 or two of the evaporators 31, 32, 33 can at the same time be supplied with refrigerant from the condenser, as required.
  • Evaporator 5 1 first position evaporator 5 2 second position evaporator 5 3 third position

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Abstract

Eine Ventilvorrichtung für eine ein Kältemittel umwälzende Kältemaschine (100; 200) ist mit wenigstens einem Verflüssiger (20) und wenigstens einem Verdampfer (30) versehen. Die Ventilvorrichtung umfasst wenigstens einen Einlass (61), an welchem das in dem Verflüssiger (20) befindliche Kältemittel der Ventilvorrichtung (60) zuführbar ist, wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64), durch welche das in der Ventilvorrichtung (60) befindliche Kältemittel in den Verdampfer (30) ableitbar ist und ein Ventilelement (65), das um eine Achse (A) drehbar angeordnet ist und in eine Vielzahl an Stellungen (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) bringbar ist. Der erste Auslass (62) ist in einer ersten Stellung (S1) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61) verbunden. Der zweite Auslass (63) ist in einer zweiten Stellung (S2) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61) verbunden. Der dritte Auslass (64) ist in einer dritten Stellung (S3) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61) verbunden. Keiner der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) ist in einer vierten Stellung (S4) mit dem Einlass (61) verbunden ist und wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) sind in einer fünften Stellung (S5) mit dem Einlass (61) verbunden.

Description

Ventilvorrichtung, insbesondere für eine Kältemaschine
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für eine ein Kältemittel umwälzende
Kältemaschine, die mit wenigstens einem Verflüssiger und wenigstens einem Verdampfer versehen ist. Die Ventilvorrichtung umfasst wenigstens einen Einlass, an welchem das in den Verflüssiger befindliche Kältemittel der Ventilvorrichtung zuführbar ist und wenigstens drei Auslässe, durch welche das in der Ventilvorrichtung befindliche Kältemittel in den Verdampfer ableitbar ist. Die Ventilvorrichtung umfasst weiterhin ein Ventilelement, das um eine Achse drehbar angeordnet ist und in eine Vielzahl an Stellungen bringbar ist. Der erste Auslass ist in einer ersten Stellung zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass verbunden. Der zweite Auslass ist in einer zweiten Stellung zur Durchleitung von
Kältemittel mit dem Einlass verbunden. Der dritte Auslass ist in einer dritten Stellung zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass verbunden. Keine der wenigstens drei Auslässe ist in einer vierten Stellung mit dem Einlass verbunden.
Eine derartige Ventilvorrichtung ist aus US 7,437,888 B2 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, welche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ventilvorrichtungen eine effizientere Verteilung von Kältemittel in einer Kältemaschine ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung werden in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin eine Kältemaschine nach Anspruch 9 und ein Verfahren zur Steuerung einer Ventilvorrichtung nach Anspruch 13 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kältemaschine werden in den Ansprüchen 10 bis 12 beschrieben.
Die Kältemaschine ist insbesondere Bestandteil eines Kältegeräts. Unter einem
Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das in der Kältemaschine umgewälzte Kältemittel je nach Anforderungen individuell verteilt werden kann. Durch die Öffnung zweier Auslässe zugleich, werden, statt drei unterschiedlicher Möglichkeiten den Durchfluss an Kältemittel zwischen Verflüssiger und Verdampfer der Kältemaschine einzustellen, sechs unterschiedliche Einstellungen ermöglicht, wenn die Ventilvorrichtung mit drei Auslässen versehen ist. Weiterhin kann abhängig von der im Verflüssiger vorhandenen Kältemittelmenge, die Menge an abzuleitenden Kältemittel variiert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn extrem hohe Temperaturen, beispielsweise über 70 °C in dem Verflüssiger vorherrschen. Durchfluss ist in diesem Zusammenhang gleichbedeutend mit Volumenstrom.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung sind die wenigstens drei Auslässe äquidistant zur Achse angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die unterschiedlichen Auslässe mittels der gleichen Bereiche des Ventilelements freigegeben oder blockiert werden.
Bevorzugterweise liegen die wenigstens drei Auslässe auf einem Kreis, wobei der Mittelpunkt des Kreises auf der Achse angeordnet ist, und die Auslässe in
Umfangsrichtung des Kreises äquidistant angeordnet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Stellungen des Ventilelements bezüglich jeder der drei Auslässe auf andere Auslässe übertragbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die drei Auslässe koplanar angeordnet. Vorzugsweise sind die drei Auslässe in einer Ebene angeordnet, die orthogonal zu der Achse verläuft.
Bevorzugterweise umfasst das Ventilelement ein Stellrad, das vorzugsweise mittels eines durch einen Schrittmotor antreibbares Zahnrad um die Achse A drehbar ist. Ein solcher Schrittmotor wird beispielsweise in der EP 1 176 346 B1 beschrieben Vorzugsweise weist die Ventilvorrichtung einen Anschlag auf, der verhindert, dass das Ventilelement über seinen vollen Umfang drehen kann. Vorzugsweise umfasst das Stellrad eine Platte, die bezüglich der Achse
rotationsasymmetrisch ist. Rotationsasymmetrisch ist hierbei gleichbedeutend mit nicht- rotationssymmetrisch. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das Ventilelement über ein Bogenmaß von annähernd 360° betrieben werden kann, ohne dass jeweils um 180° versetzte Stellungen eine gleiche Konfiguration der Verbindungen zwischen dem Einlass und einem oder mehrerer Auslässe bewirkt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung umfasst die Platte wenigstens zwei Aussparungen, die zur Durchleitung von Kältemittel den Einlass mit wenigstens einem der wenigstens drei Auslässe verbindet.
Weiterhin vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung durch eine sechste Stellung und eine siebte Stellung gekennzeichnet, bei welchen jeweils wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe mit dem Einlass verbunden sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen zwei Stellungen, bei welchen jeweils wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe mit dem Einlass verbunden sind, wenigstens eine Stellung angeordnet, bei welcher keiner der wenigstens drei Auslässe mit dem Einlass verbunden ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass von einer Stellung, bei welcher zwei Auslässe mit dem Einlass verbunden sind, schnell zu einem Zustand übergegangen werden kann, bei welchem alle Auslässe verschlossen sind.
Somit kann der Kältemittelabfluss aus dem Verflüssiger schnell unterbrochen werden.
Die erfindungsgemäße Kältemaschine umfasst eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung. Die Kältemaschine umfasst einen Verflüssiger, einen Verdampfer, einen Verdichter und wenigstens drei parallel angeordnete Drosselvorrichtungen, die mit jeweils einem der wenigstens drei Auslässe der Ventilvorrichtung und jeweils dem Verdampfer verbunden sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Volumenstrom des vom Verflüssiger in den Verdampfer geleiteten Kältemittels zu regulieren, indem eine einzelne der wenigstens drei Drosselvorrichtungen oder zugleich zwei der wenigstens drei Drosselvorrichtungen zur Ableitung von Kältemittel verwendet werden.
Alternativ kann die Kältemaschine einen Verflüssiger, wenigstens drei parallel
angeordnete Verdampfer, einen Verdichter und wenigstens drei parallel angeordnete Drosselvorrichtungen, die mit jeweils einem der wenigstens drei Auslässe der
Ventilvorrichtung und jeweils einem der wenigstens drei Verdampfer verbunden sind, umfassen. Vorzugsweise sind die Verdampfer jeweils unterschiedlichen Temperaturzonen der Kältemaschine zugeordnet, so dass mittels der Ventilvorrichtung auch mehrere Temperaturzonen gleichzeitig durch die Zuleitung von Kältemittel zu den jeweiligen
Verdampfern herabgekühlt werden können. So bedingt die Zuleitung von Kältemittel zu einem Verdampfer nicht, dass bei beiden wenigstens verbleibenden Verdampfern die Kältemittelversorgung unterbleiben muss. Vorzugsweise weisen die drei Drosselvorrichtungen unterschiedliche
Druckverlustbeiwerte auf. Der Druckverlustbeiwert, der auch als Widerstandsbeiwert oder als Strömungswiederstandskoeffizient bezeichnet werden kann, ist ein dimensionsloses Maß für den Strömungswiederstand eines von einem Fluid durchströmten Körper. Weist die Kältemaschine dabei parallel angeordnete Verdampfer in übereinstimmender Anzahl mit der Anzahl der Auslässe der Ventilvorrichtung auf, so können die
Druckverlustbeiwerte derart auswählt werden, dass die Verdampfer optimal mit Kältemittel versorgt werden. Wird durch die Drosselvorrichtungen ein gemeinsamer Verdampfer mit Kältemittel gespeist, so ist es insbesondere von Vorteil, die Druckverlustbeiwerte der jeweiligen Drosselvorrichtungen derart zu wählen, dass der Volumenstrom an
transportiertem Kältemittel einer einzelnen der Drosselvorrichtungen nicht dem
Volumenstrom an Kältemittel zweier parallel geöffneter Drosselvorrichtungen entspricht. Denn auf diese Weise können beispielsweise die drei Drosselvorrichtungen und die drei Stellungen, an welchen zwei Drosselvorrichtungen zugleich parallel geöffnet sind, insgesamt sechs unterschiedliche Volumenströme herbeiführen, andernfalls maximal fünf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen
Ventilvorrichtung umfasst folgende Verfahrensschritte: Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass zu dem ersten Auslass in einer ersten Stellung;
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass zu dem zweiten Auslass in der zweiten Stellung;
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass zu dem dritten Auslass in der dritten
Stellung;
Unterbrechung des Durchflusses von Kältemittel in der vierten Stellung und Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass zu zwei der wenigstens drei Auslässe in der fünften Stellung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen
Ventilvorrichtung macht sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung zu Nutze. Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen. In dem die Ausführungsbeispielen lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im Einzelnen:
Fig. 1 : einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung;
Fig. 2a: Querschnitt der Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer ersten Stellung;
Fig. 2b: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer zweiten Stellung;
Fig. 2c: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer dritten Stellung; Fig. 2d: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer vierten Stellung;
Fig. 2e: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer fünften Stellung; Fig. 2f: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer fünften Stellung; Fig. 2g: einen Querschnitt einer Platte einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer fünften Stellung;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kältemaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
Fig. 4: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kältemaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 60. Die
Ventilvorrichtung 60 umfasst ein Zahnrad 68, welches um eine Achse B drehbar angeordnet ist. Ein Ventilelement 65 ist um eine Achse A drehbar angeordnet und umfasst ein Stellrad 66, das in das Zahnrad 68 eingreift und von dem Zahnrad 68 antreibbar ist.
In Fig. 1 verlaufen die Achsen A, B innerhalb der Querschnittsebene. Das Ventilelement 60 umfasst weiterhin einen Einlass 61 und drei Auslässe 62, 63, 64. Mittels des Einlasses 61 ist der Ventilvorrichtung 60 Kältemittel zuführbar, welches mittels der Auslässe 62, 63, 64 aus der Ventilvorrichtung 60 wieder ableitbar ist. Das Ventilelement 65 ist
gegenüberliegend von den Auslässen 62, 63, 64 in einem Aulassabschnitt 73 angeordnet. Die Auslässe 62, 63, 64 sind äquidistant zur Achse A angeordnet. Die Platte 69 liegt in dem Bereich der Auslässe 62, 63, 64 auf dem Einlassabschnitt 73 der Ventilvorrichtung 60 auf. Durch eine Drehung des Zahnrads 68 um die Achse B wird das Ventilelement 65 um die Achse A gedreht. Das Ventilelement 65 wird mittels eines Anschlags (nicht dargestellt) daran gehindert, eine Drehung von mehr als 360° zu vollziehen.
Die Fign. 2a bis 2g zeigen einen Querschnitt der Platte 69 des Ventilelements 65 entlang einer Ebene, die quer zur Achse A verläuft, wobei jede der Figuren die Platte 69 in einer anderen Stellung Si, S2, S3, S4, S5, S6, S7 wiedergibt. Fig. 2a zeigt einen Querschnitt der Platte 69 des Ventilelements 65 entlang einer quer zur Achse A verlaufenden Ebene in einer ersten Stellung Si. Die Platte 69 umfasst eine erste Aussparung 71 und eine zweite Aussparung 72, durch welche das Kältemittel von dem Einlass 61 zu den Auslässen 62, 63, 64 strömen kann. Die Aussparungen 71 , 72 sind bezüglich der Achse A rotationsasymmetrisch. Ebenso ist die Platte 69 bezüglich der Achse A rotationsasymmetrisch. Wie insbesondere die Fig. 2a wiedergibt, ist die erste Aussparung 71 gegenüber des ersten Auslasses 62 angeordnet, womit der Einlass 61 mit dem ersten Auslass 62 verbunden ist. Das Kältemittel kann somit durch das Ventilelement 60 strömen, indem es von dem Einlass 61 durch die erste Aussparung 71 zum ersten Auslass 62 gelangt. In der in Fig. 2a wiedergegebenen ersten Stellung Si des
Ventilelements 65 sind die Auslässe 63, 64 durch die Platte 69 des Ventilelements 65 blockiert, so dass kein Kältemittel von dem Einlass 61 zu den Auslässen 63, 64 gelangen kann. In einer zweiten Stellung S2, die in Fig. 2b wiedergegeben ist, ist die erste Aussparung 71 gegenüberliegend zum zweiten Auslass 63 angeordnet. Der Auslass 63 ist somit direkt mit dem Einlass 61 verbunden. In der zweiten Stellung S2 sind der erste Auslass 62 und der dritte Auslass 64 durch die Platte 69 des Ventilelements 65 blockiert, so dass kein Kältemittel vom Einlass 61 zu den Auslässen 62, 64 gelangen kann.
In einer dritten Stellung S3, die in Fig. 2C wiedergegeben ist, ist die erste Aussparung 71 gegenüberliegend zum dritten Auslass 64 angeordnet, so dass Kältemittel vom Einlass 61 zum Auslass 64 strömen kann. Die Auslässe 62, 63 sind durch die Platte 69 blockiert, so dass ein Kältemittelstrom vom Einlass 61 zu den Auslässen 62, 63 verhindert wird.
Fig. 2d zeigt einen Querschnitt der Platte 69 des Ventilelements 65 in einer vierten Stellung S4. In der vierten Stellung S4 sind alle drei Auslässe 62, 63, 64 durch die Platte 69 blockiert, so dass der Kältemittelfluss vom Einlass 61 zu jedem der Auslässe 62, 63, 64 unterbrochen ist.
Wie in Fig. 2e wiedergegeben, ist die Platte 69 des Ventilelements 65 in einer fünften Stellung S5 derart angeordnet, dass sich die erste Aussparung 71 gegenüberliegend vom ersten Auslass 62 und sich die zweite Aussparung 72 gegenüberliegend vom dritten Auslass 64 befinden. Durch diese Anordnung der Platte 69 sind sowohl der erste Auslass 62 als auch der dritte Auslass 64 mit dem Einlass 61 verbunden, so dass das Kältemittel vom Einlass 61 zu den Auslässen 62, 64 strömen kann. Der zweite Auslass 63 ist jedoch durch die Platte 69 blockiert, so dass der Strom von Kältemittel vom Einlass 61 zum zweiten Auslass 63 verhindert wird.
Wie in Fig. 2f wiedergegeben, ist die Platte 69 des Ventilelements 65 in einer sechsten Stellung S6 derart angeordnet, dass sich die erste Aussparung 71 gegenüberliegend vom zweiten Auslass 63 und sich die zweite Aussparung 72 gegenüberliegend vom ersten Auslass 62 befinden. Durch diese Anordnung der Platte 69 sind sowohl der erste Auslass 62 als auch der zweite Auslass 63 mit dem Einlass 61 verbunden, so dass das Kältemittel vom Einlass 61 zu den Auslässen 62, 63 strömen kann. Der dritte Auslass 64 ist jedoch durch die Platte 69 blockiert, so dass der Strom von Kältemittel vom Einlass 61 zum dritten Auslass 64 verhindert wird. Wie in Fig. 2g wiedergegeben, ist die Platte 69 des Ventilelements 65 in einer siebten Stellung S7 derart angeordnet, dass sich die erste Aussparung 71 gegenüberliegend vom dritten Auslass 64 und sich die zweite Aussparung 72 gegenüberliegend vom zweiten Auslass 63 befinden. Durch diese Anordnung der Platte 69 sind sowohl der zweite Auslass 63 als auch der dritte Auslass 64 mit dem Einlass 61 verbunden, so dass das Kältemittel vom Einlass 61 zu den Auslässen 63, 64 strömen kann. Der erste Auslass 62 ist jedoch durch die Platte 69 blockiert, so dass der Strom von Kältemittel vom Einlass 61 zum ersten Auslass 62 verhindert wird.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kältemaschine 100 nach einem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Kältemaschine 100 um fasst einen Verflüssiger 20, einen
Verdampfer 30, einen Verdichter 40 sowie eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 60 und drei parallel angeordnete Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53. Die Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53 sind mit jeweils einem der Auslässe 62, 63, 64 der Ventilvorrichtung 60 einerseits, und dem Verdampfer 30 andererseits verbunden. Ein Kältemittel wird durch die Kältemaschine 100 bewegt und erfährt nacheinander verschiedene
Aggregatszustandsänderungen. Das zunächst gasförmige Kältemittel wird durch den Kompressor 40 komprimiert und läuft in den Verflüssiger 20. Im Verflüssiger 20 kondensiert das Kältemittel unter Wärmeaufnahme. Anschließend läuft das Kältemittel zur erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 60 und wird durch eine Drosselvorrichtung 51 , 52, 53 oder auch parallel durch zwei Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53 zum Verdampfer geleitet. In den Verdampfer 30 verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei relativ niedriger Temperatur. Nun kann der Kreislauf des Kältemittels in der
Kältemaschine 100 von vorne beginnen. Das Kältemittel nimmt so eine Wärmeleistung auf einer niedrigen Temperatur auf und gibt sie unter Zuführung von technischer Arbeit auf eien höhere Temperatur an die Umgebung ab.
Die zuvor beschriebene Kältemaschine 100 ermöglicht es, dass das Kältemittel, das vom Verflüssiger 20 über die Ventilvorrichtung 60 zum Verdampfer 30 geleitet wird, in seinem Volumenstrom reguliert werden kann. Die erfindungsgemäße Kältemaschine 100 umfasst drei Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53, die bevorzugt unterschiedliche Druckverlustbeiwerte aufweisen. Dadurch, dass auch zwei der drei Auslässe 62, 63, 64 der Ventilvorrichtung 60 geöffnet werden können, kommen noch drei weitere Ventileinstellungen zustande, bei welchen jeweils zwei der drei Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53 mit Kältemittel durchströmt werden. Somit ergeben sich noch drei weitere Möglichkeiten unterschiedler
Volumenströme an Kältemittel, die in den Verdampfer geleitet werden können. Somit ist die Ventilvorrichtung 60 in Verbindung mit den Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53 in der Lage, als eine mehrstufige Drosselvorrichtung zu fungieren, die sechs verschiedene Druckverlustbeiwerte annehmen kann. Somit ist die Ventilvorrichtung 60 in Verbindung mit den Drosselvorrichtungen 51 , 52, 53 in der Lage, als Drosselvorrichtung zu fungieren, die sechs verschiedene Druckverlustbeiwerte annehmen kann. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kältemaschine 100 ermöglicht somit das Kältemittel unterschiedlich schnell vom Verflüssiger 20 in den Verdampfer 30 zu leiten. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kältemaschine 200 nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel. Die Kältemaschine 200 umfasst einen Verflüssiger 20, drei
Verdampfer 31 , 32, 33, einen Verdichter 40 sowie eine erfindungsgemäße
Ventilvorrichtung 60, deren Auslässe 62, 63, 64 mit jeweils einem der Verdampfer 31 , 32, 33 verbunden sind. Die Auslässe 62, 63, 64 sind über die Drosselvorrichtungen 54, 55, 56 mit den Verdampfern 31 , 32, 33 verbunden. Dadurch, dass sich die Drosselvorrichtungen 54, 55, 56 in ihren Druckverlustbeiwerten unterscheiden können, kann der Volumenstrom an die Bedürfnisse der Kälteerzeugung der Verdampfer 31 , 32, 33 angepasst werden. Die Verdampfer 31 , 32, 33 der erfindungsgemäßen Kältemaschine 200 können
unterschiedlichen Temperaturzonen zugeordnet sein, so dass ihre Kälteleistung unterschiedlich stark ausgeprägt sein kann. Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung können je nach Bedarf einer der Verdampfer 31 , 32, 33 oder zwei der Verdampfer 31 , 32, 33 zugleich mit Kältemittel aus dem Verflüssiger gespeist werden.
Bezugszeichenliste Verflüssiger A Achse
B Achse
Verdampfer
Verdampfer 51 erste Stellung Verdampfer 52 zweite Stellung Verdampfer 53 dritte Stellung
54 vierte Stellung Verdichter
55 fünfte Stellung
56 sechste Stellung Drosselvorrichtung
57 siebte Stellung Drosselvorrichtung
Drosselvorrichtung
Drosselvorrichtung
Drosselvorrichtung
Drosselvorrichtung Ventilvorrichtung
Einlass
erster Auslass
zweiter Auslass
dritter Auslass
Ventilelement
Stellrad
Zahnrad
Platte erste Aussparung
zweite Aussparung
Auslassabschnitt Kältemaschine Kältemaschine

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Ventilvorrichtung für eine ein Kältemittel umwälzende Kältemaschine (100; 200), die mit wenigstens einem Verflüssiger (20) und wenigstens einem Verdampfer (30) versehen ist, umfassend:
wenigstens einen Einlass (61 ), an welchem das in dem Verflüssiger (20) befindliche Kältemittel der Ventilvorrichtung (60) zuführbar ist;
wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64), durch welche das in der
Ventilvorrichtung (60) befindliche Kältemittel in den Verdampfer (30) ableitbar ist; ein Ventilelement (65), das um eine Achse (A) drehbar angeordnet ist und in eine Vielzahl an Stellungen (S^ S2, S3, S4, S5, S6, S7) bringbar ist;
wobei der erste Auslass (62) in einer ersten Stellung (S-ι) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61 ) verbunden ist;
wobei der zweite Auslass (63) in einer zweiten Stellung (S2) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61 ) verbunden ist;
wobei der dritte Auslass (64) in einer dritten Stellung (S3) zur Durchleitung von Kältemittel mit dem Einlass (61 ) verbunden ist;
wobei keiner der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) in einer vierten Stellung (S4) mit dem Einlass (61 ) verbunden ist und
wobei wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) in einer fünften Stellung (S5) mit dem Einlass (61 ) verbunden sind.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Auslässe (62) äquidistant zur Achse (A) angeordnet sind.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) auf einem Kreis liegen, wobei der Mittelpunkt des Kreises auf der Achse (A) angeordnet ist und die Auslässe (62) in Umfangsrichtung des Kreises äquidistant angeordnet sind.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (65) ein Stellrad (66) umfasst, das vorzugsweise mittels eines durch einen Schrittmotor antreibbares Zahnrads (68) um die Achse (A) drehbar ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellrad (66) eine Platte (69) umfasst, die bezüglich der Achse (A) rotationsasymmetrisch ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (69) wenigstens zwei Aussparungen (71 , 72) umfasst, die zur Durchleitung von Kältemittel den Einlass (61 ) mit wenigstens einem der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) verbindet.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine sechste Stellung (S6) und eine siebte Stellung (S7), bei welchen jeweils wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) mit dem Einlass (61 ) verbunden sind.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Stellungen (S5), bei welchen jeweils wenigstens zwei der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) mit dem Einlass (61 ) verbunden sind, wenigstens eine Stellung (S4) angeordnet ist, bei welcher keiner der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) mit dem Einlass (61 ) verbunden ist.
Kältemaschine umfassend eine Ventilvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Kältemaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Verflüssiger (20), einen Verdampfer (30), einen Verdichter (40) und wenigstens drei parallel angeordnete Drosselvorrichtungen (51 , 52, 53), die mit jeweils einem der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) der Ventilvorrichtung (60) und jeweils dem
Verdampfer (30) verbunden sind.
1 1. Kältemaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Verflüssiger (20), wenigstens drei parallel angeordnete Verdampfer (31 , 32, 33), einen Verdichter (40) und wenigstens drei parallel angeordnete Drosselvorrichtungen (54, 55, 56), die mit jeweils einem der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) der Ventilvorrichtung (60) und jeweils einem der wenigstens drei Verdampfer (31 , 32, 33) verbunden sind.
Kältemaschine nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Drosselvorrichtungen (51 , 52, 53; 54, 55, 56) unterschiedliche Druckverlustbeiwerte aufweisen. 13. Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit einer Kältemaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
Verfahren zur Steuerung einer Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend folgende Verfahrensschritte:
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass (61 ) zu dem ersten Auslass (62) in der ersten Stellung (Si);
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass (61 ) zu dem zweiten Auslass (63) in der zweiten Stellung (S2);
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass (61 ) zu dem dritten Auslass (64) in der dritten Stellung (S3);
Unterbrechung des Durchflusses von Kältemittel in der vierten Stellung (S4) und
Durchleitung von Kältemittel von dem Einlass (61 ) zu zwei der wenigstens drei Auslässe (62, 63, 64) in der fünften Stellung (S5).
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